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TW201803777A - 用於無人飛行器的動態波束轉向 - Google Patents

用於無人飛行器的動態波束轉向 Download PDF

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TW201803777A TW106116952A TW106116952A TW201803777A TW 201803777 A TW201803777 A TW 201803777A TW 106116952 A TW106116952 A TW 106116952A TW 106116952 A TW106116952 A TW 106116952A TW 201803777 A TW201803777 A TW 201803777A
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愛德華哈利森 提格
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Abstract

各種實施例包括用於在無人飛行器（UAV）上進行動態天線轉向的方法。該方法可以包括：基於該UAV的位置將該UAV上的天線定向為朝向服務地面站；在是時間進行相鄰地面站的信號量測時，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；在將該天線定向為朝向該相鄰地面站的同時，進行該等信號量測；及將該天線重新定向為朝向該服務地面站。方法亦包括經由如下方式將地面站天線定向為朝向UAV：獲得UAV的位置；計算UAV的位置和該地面站之間的向量；基於計算的向量決定使波束轉向的方向；及將該波束轉向到針對UAV所決定的方向。

Description

用於無人飛行器的動態波束轉向
本專利申請案主張享有2016年7月15日提出申請的題為「Dynamic Beam Steering for Unmanned Aerial Vehicles」的美國臨時申請案第62/362844號的優先權的權益，在此經由引用將該美國臨時申請案的全部內容併入本文。
本案內容係關於用於無人飛行器的動態波束轉向。
無人飛行器（UAV）或無人機用於若干不同應用中。例如，無人機可以用於在緊急情況中提供急救和其他供應，為商業應用運輸貨物，調查土地，拍攝照片和視訊，公安和安全監測以及娛樂用途。
UAV常常工作於通訊鏈路接近地面上的基地台或天線的視線範圍並且自由空間傳播增大了來自相鄰傳輸的干擾的環境中。這些特性導致維持UAV和幫助導航的地面基地台（例如，行動網路發射塔）之間的良好鏈路效能存在挑戰，並且亦可能導致與UAV共享網路的地面使用者的效能降低。
各種實施例包括用於在無人飛行器（UAV）及/或與UAV通訊的地面站上進行動態天線轉向的方法。各種實施例可以包括基於該UAV的當前位置將UAV上的天線定向為朝向服務地面站；在到時間進行相鄰地面站的信號量測時，將天線定向為朝向相鄰地面站；在將天線定向為朝向相鄰地面站的同時，進行對相鄰地面站的信號量測；及將UAV上的天線重新定向為朝向該服務地面站。
在一些實施例中，基於UAV的當前位置將UAV上的天線定向為朝向服務地面站可以包括：獲得服務地面站的位置；計算服務地面站的位置和UAV的當前位置之間的向量，其中UAV的當前位置包括三維座標和取向；基於該向量決定指向服務地面站的位置的該天線的取向；及將天線調節到所決定的取向。在一些實施例中，服務地面站可以向UAV發射其位置。在一些實施例中，服務地面站的位置可以儲存在UAV上。
在一些實施例中，將天線調節到所決定的取向可以包括經由機械方式使天線轉向。在一些實施例中，將天線調節到所決定的取向可以包括經由電子方式使天線轉向。在一些實施例中，將天線調節到所決定的取向可以包括調節UAV的取向。在一些實施例中，UAV的取向可以包括UAV的俯仰、左右搖擺和橫擺中的至少一個。
一些實施例亦可以包括：判斷是否是時間向網路報告信號量測；及回應於決定是時間向網路報告信號量測而經由該服務地面站向該網路報告該等信號量測。一些實施例亦可以包括：判斷是否是時間向網路報告該等信號量測；回應於決定是時間向該網路報告信號量測而將天線定向為朝向相鄰地面站；及經由相鄰地面站向該網路報告信號量測。
一些實施例亦可以包括：基於信號量測判斷UAV是否應當執行向相鄰地面站的切換；及回應於決定UAV應當執行向相鄰地面站的切換而執行向相鄰地面站的切換。在一些實施例中，將天線定向為朝向相鄰地面站可以包括：獲得相鄰地面站的位置；計算相鄰地面站的位置和UAV的當前位置之間的向量，其中UAV的當前位置包括三維座標和取向；基於該向量決定指向相鄰地面站的位置的天線的取向；及將天線調節到所決定的取向。
各種額外的實施例包括用於在地面站進行動態波束轉向的方法。各種實施例可以包括：獲得一或多個無人飛行器（UAV）的位置，其中一或多個UAV中的每一個的位置包括三維座標；計算一或多個UAV中的每一個的位置和地面站的位置之間的向量；基於地面站和相應的UAV之間的向量針對一或多個UAV中的每一個決定使波束轉向的方向；及針對一或多個UAV中的每一個將波束轉向到所決定的方向。
一些實施例亦可以包括針對一或多個UAV中的每一個決定將波束轉向到一或多個UAV中的相應的UAV的時間，其中在針對相應的一或多個UAV中的每一個所決定的時間執行針對一或多個UAV中的每一個將波束轉向到所決定的方向。一些實施例亦可以包括：針對一或多個UAV中的每一個，決定用於接收信號量測的第二時間；在用於從該UAV接收信號量測的第二時間將波束轉向到一或多個UAV之一，以及從UAV接收信號量測。在一些實施例中，地面站可以包括複數個天線，以用於將該波束轉向到一或多個UAV中的每一個。
其他實施例包括UAV，其包括處理器，處理器被配置有處理器可執行指令以執行上文總結的方法的操作。其他實施例包括非暫態處理器可讀儲存媒體，其上儲存有處理器可執行軟體指令，指令被配置為使UAV的處理器執行上文總結的方法的操作。其他實施例包括UAV，其包括用於執行上文總結的方法的操作的功能的單元。
其他實施例包括地面站，其包括處理器，處理器被配置有處理器可執行指令以執行上文總結的方法的操作。其他實施例包括非暫態處理器可讀儲存媒體，其上儲存有處理器可執行軟體指令，指令被配置為使地面站的處理器執行上文總結的方法的操作。其他實施例包括地面站，其包括用於執行上文總結的方法的操作的功能的單元。
將參考附圖詳細描述各種實施例。在任何可能的地方，在所有的附圖中將使用相同的元件符號代表相同或類似的部分。對特定實例和實施方式的引用出於例示性目的，而並非意在限制請求項的範疇。
UAV可以與各種地面站（例如行動電話網路基地台（或發射塔））通訊，以經由射頻（RF）通訊波束來發射和接收資訊。例如，UAV可以從地面站接收導航資訊，並可以經由地面站向UAV控制器報告其位置。然而，在UAV行進時，其相對於地面站的位置會變化。此外，風和飛行技巧可能導致UAV在飛行期間改變其取向（亦即，俯仰、左右搖擺及/或橫擺）。於是，UAV上的與地面站接收和發射波束的天線可能由於UAV的位置及/或取向變化而並非始終被定向為面向地面站，這導致信號強度損失。亦可能有來自各種源（例如相鄰電磁傳輸或居間結構）的波束干擾。
本文描述的各種系統和方法為UAV和地面站提供了動態波束轉向，其在UAV相對於地面站移動時進行調節。在UAV處，各種方法可以包括：獲得地面站（例如，支援UAV和網路之間的通訊鏈路的服務地面站，或由網路操作的相鄰地面站）的位置，計算地面站位置和UAV的位置之間的向量，基於該向量決定指向地面站的位置的天線的取向，以及將天線調節到所決定的取向。地面站可以向UAV發射器位置，或者可以在UAV上儲存地面站的位置。可以經由機械（例如，經由萬向支架）或電子（例如，經由相控陣）方式調節天線，或者整個UAV自身可以調節其取向，以使得天線指向地面站。
UAV和網路可以決定UAV對相鄰地面站進行信號量測的時間段。在這些時間段期間，可以將UAV的天線定向為指向相鄰地面站。相鄰地面站亦可以使波束轉向到朝向UAV。UAV可以在所決定的時間段期間對所接收的波束進行信號量測，此後，可以將UAV上的天線定向回到服務地面站。UAV和網路亦可以決定UAV經由服務地面站或相鄰地面站向網路報告信號量測的時間段。信號量測可以用於判斷是否應當執行從服務地面站到相鄰地面站的切換。
在地面站處，各種方法可以包括：決定向一或多個UAV發射波束的時間段，決定從一或多個UAV接收信號量測的時間段，獲得每個UAV的位置，計算地面站的位置和每個UAV的位置之間的向量，基於該向量決定將一或多個波束轉向到每個UAV的方向，在所決定的用於發射波束的時間段期間基於所決定的方向將波束轉向到每個UAV，以及在所決定的用於接收信號量測的時間段接收信號量測。
UAV可以是有翼或旋翼飛機類型。圖1圖示用於本文揭示的各種實施例的實例UAV 100。UAV 100是具有四個水平配置的旋轉升力螺旋槳或固定到框架105的轉子101和電動機的「四軸飛行器」。框架105可以支撐控制單元110、起落橇和推進電動機、電源（電源單元150）（例如，電池）、有效載荷固定機構（有效載荷固定單元107）和其他組件。轉子101由對應的電動機驅動以提供升空（或起飛）以及其他空中移動（例如，向前前進、上升、下降、橫向移動、傾斜、旋轉等）。UAV 100被例示為可以利用各種實施例的UAV的實例，但並非意在暗示或要求各種實施例限於旋翼飛機UAV。相反，各種實施例亦可以用於有翼UAV。此外，各種實施例同樣可以用於陸上自主運載工具、水運自主運載工具和空基自主運載工具。
UAV 100可以被提供有控制單元110。控制單元110可以包括處理器120、一或多個通訊資源130、一或多個感測器140和電源單元150。處理器120可以耦合到記憶體單元121和導航單元125。處理器120可以被配置有處理器可執行指令以控制UAV 100的飛行和其他操作，包括各種實施例的操作。在一些實施例中，處理器120可以耦合到有效載荷固定單元107和著陸單元155。處理器120可以由電源單元150（例如電池）供電。處理器120可以被配置有處理器可執行指令，以控制電源單元150的充電，例如經由使用充電控制電路執行充電控制演算法。替代地或補充地，電源單元150可以被配置為管理充電。處理器120可以耦合到電動機系統123，其被配置為管理驅動轉子101的電動機。電動機系統123可以包括一或多個螺旋槳驅動器。每一個螺旋槳驅動器包括電動機、電動機軸和螺旋槳。
經由控制轉子101的個體電動機，可以在飛行中控制UAV 100。在處理器120中，導航單元125可以收集資料並決定UAV 100的當前位置和取向、通往目的地的適當路線及/或執行特定功能的最佳方式。
導航單元125的航空電子組件126可以被配置為提供與飛行控制相關的資訊，例如海拔、姿態、航速、航向和可用於導航目的的類似資訊。航空電子組件126亦可以提供關於可以用於導航計算的UAV 100的取向和加速度的資料。在一些實施例中，包括航空電子組件126的導航單元125產生的資訊取決於UAV 100上的一或多個感測器140的效能和類型。
控制單元110可以包括耦合到處理器120的至少一個感測器140，其能夠向導航單元125及/或航空電子組件126供應資料。例如，感測器140可以包括慣性感測器，例如一或多個加速度計（提供運動感測讀數）、一或多個陀螺儀（提供旋轉感測讀數）、一或多個磁力儀（提供方向感測）或它們的任意組合。感測器140亦可以包括全球定位系統（GPS）接收器、氣壓計、溫度計、音訊感測器、運動感測器等。慣性感測器例如經由航位推算來提供導航資訊，包括UAV 100的位置、取向（即俯仰、左右搖擺及/或橫擺）和速率（例如，移動的方向和速度）中的至少一個。氣壓計可以提供用於近似UAV 100的升高水平（例如，絕對升高水平）的環境壓力讀數。
在一些實施例中，一或多個通訊資源130可以包括GPS接收器，使得能夠向導航單元125提供全球導航衛星系統（GNSS）信號。GPS或GNSS接收器可以經由處理從三個或更多GPS或GNSS衛星接收的信號來向UAV 100提供三維座標資訊。GPS和GNSS接收器能夠在緯度、經度和海拔態樣為UAV 100提供精確位置，並且經由監測位置隨時間的變化，導航單元125能夠決定行進方向和相對地面的速度以及海拔的變化率。在一些實施例中，導航單元125可以使用除GNSS或GPS之外的定位信號的額外源或替代源。例如，導航單元125或一或多個通訊資源130可以包括一或多個無線電接收器，其被配置為從無線電節點（例如導航信標（例如，特高頻（VHF）全向（VOR）信標）、Wi-Fi存取點、蜂巢網路基地台、無線電臺等）接收導航信標或其他信號。在一些實施例中，處理器120的導航單元125可以被配置為從一或多個通訊資源130接收適於決定位置的資訊。在一些實施例中，UAV 100可以使用定位信號的替代源（亦即，除GNSS、GPS等之外）。因為UAV常常在低海拔（例如，低於400英尺）飛行，所以UAV 100可以掃瞄與具有已知位置的發射器（例如，信標、Wi-Fi存取點、藍芽信標、小細胞（微微細胞、毫微微細胞等）等）相關聯的本端無線電信號（例如，Wi-Fi信號、藍芽信號、蜂巢信號等），該已知位置例如是飛行路徑附近的受限或不受限區域內的信標或其他信號源。導航單元125可以使用與替代信號源相關聯的位置資訊，連同額外資訊（例如，航位推算與最後受信任GNSS/GPS位置結合，航位推算與UAV起飛地帶的位置結合等），以用於在一些應用中進行定位和導航。於是，UAV 100可以使用導航技術的組合來導航，該導航技術包括航位推算、UAV 100下方和周圍地貌的基於相機的辨識（例如，辨識道路、界標、公路標識等）等，其可以用於替代GNSS/GPS位置決定和基於所偵測無線存取點的已知位置的三角量測或三邊量測，或與之結合。
控制單元110可以包括至少一個相機127和成像系統129。成像系統129可以實現為處理器120的一部分，或可以實現為獨立處理器，例如特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）或其他邏輯電路。例如，成像系統129可以被實現為儲存於記憶體單元121中的一組可執行指令，其在耦合到至少一個相機127的處理器120上執行。相機127中的每一個可以包括除圖像或視訊擷取感測器之外的子組件，包括自動聚焦電路、國際標準組織（ISO）調節電路和快門速度調節電路等。
控制單元110可以包括一或多個通訊資源130，其可以耦合到至少一個天線131，並且包括一或多個收發器。該一或多個收發器可以包括調制器、解調器、編碼器、解碼器、加密模組、解密模組、放大器和濾波器中的任一種。一或多個通訊資源130可能能夠與其他UAV、使用者攜帶的無線通訊裝置（例如，智慧型電話）、UAV控制器、諸如行動電話網路基地台的地面站以及其他裝置或電子系統進行裝置到裝置的通訊。可以由處理器120控制天線131的取向。例如，天線可以經由萬向支架或可用於獨立於UAV 100控制天線131的取向的其他機械系統而附接到UAV 100。在其他實例中，天線131可以包括能夠在各個方向上實現波束轉向的相控陣或另一種電子系統。
處理器120及/或導航單元125可以被配置為經由一或多個通訊資源130與地面站170經由無線連接（例如，蜂巢資料網路）進行通訊，以與地面站170之間接收和發射資訊。
地面站170可以是例如行動電話網路基地台（例如，eNodeB）、UAV控制器、伺服器、或可以為UAV 100提供導航輔助和其他資訊並且從UAV 100接收資訊的一些其他電子系統。在一些實施例中，UAV控制器可以經由地面站170與UAV 100通訊。可以在一或多個通訊資源130的天線131和地面站170的一或多個天線171之間建立雙向無線通訊鏈路132。地面站170可以形成無線通訊波束並經由天線171將無線通訊波束轉向到UAV 100。地面站170亦可能能夠經由天線171從UAV 100接收通訊波束。
在一些實施例中，一或多個通訊資源130可以被配置為根據UAV 100的位置和海撥在蜂巢連接和Wi-Fi連接之間轉換。例如，當在為UAV交通指定的海拔飛行時，一或多個通訊資源130可以與蜂巢基礎設施通訊，以便維持與地面站170的通訊。例如，UAV 100可以被配置為在地面上方大約400英尺或更少的海拔處飛行，該海拔例如可以由UAV飛行交通的政府機構（例如，聯邦航空管理局）指定。在該海拔處，可能難以使用短程無線電通訊鏈路（例如，Wi-Fi）與地面站170建立通訊鏈路。因此，可以在UAV 100處在飛行海拔時，使用蜂巢式電話網路建立與地面站170的通訊。在UAV 100移動到更接近地面站170時，與地面站170的通訊可以轉變到短程通訊鏈路（例如，Wi-Fi或藍芽）。
儘管控制單元110的各種組件在圖1中被圖示為獨立組件，但組件中的一些或全部（例如，處理器120、電動機系統123、一或多個通訊資源130和其他單元）可以在諸如晶片上系統的單個裝置或單元中整合在一起。UAV 100和控制單元110亦可以包括未在圖1中示出的其他組件。
圖2是適於實現各實施例的地面站200的功能方塊圖。參考圖1-2，地面站200可以是行動電話網路基地台（例如，eNodeB）、UAV控制器、伺服器或可以向一或多個UAV（例如，UAV 100）提供導航輔助和其他資訊的另一種電子系統。地面站200可以包括用於執行軟體指令的處理器202。地面站200可以包括用於儲存代碼和資料的記憶體204。例如，記憶體204可以儲存導航資料和可以被發射到UAV的其他資訊。在一些實施例中，地面站200可以與向UAV提供導航資訊的UAV控制器通訊。記憶體204可以包括隨機存取記憶體（RAM）、動態RAM（DRAM）、靜態RAM（SRAM）、唯讀記憶體（ROM）、電子可抹除可程式設計ROM（EEPROM）或其他類型的非暫態電腦可讀取儲存媒體中的一或多個。
地面站200可以包括網路介面206。網路介面206可以用於與UAV和諸如無線廣域網（WWAN）（例如，行動電話網路）或區域網路（例如，Wi-Fi）的通訊網路上的其他裝置或運載工具通訊。網路介面206可以連接到一或多個天線208以與UAV發射和接收通訊波束。處理器202結合網路介面206可以形成RF通訊波束並使天線208轉向以將波束引導到UAV。地面站200亦可以包括用於向地面站200提供電力的電源介面210。地面站200可以包括將地面站200的各種組件連接在一起的匯流排212。
地面站200亦可以包括圖2中未圖示的各種其他組件。例如，地面站200可以包括多個處理組件，例如調制調解器、收發器、用戶身份辨識模組（SIM）卡、額外處理器、額外硬碟、通用序列匯流排（USB）埠、乙太網路埠及/或其他類型的有線或無線輸入/輸出埠、鍵盤、滑鼠、揚聲器、麥克風、顯示螢幕、觸控式螢幕以及現有技術中已知的很多其他組件。
圖3A-3B是圖示根據各種實施例的在UAV和地面站之間的動態波束轉向的示意圖。參考圖1-3B，示意圖300a包括地面站200和UAV 100。地面站200可以是用於UAV 100的服務地面站。換言之，UAV 100可以經由地面站200與網路（例如，行動電話網路）通訊，以接收和發射資訊。UAV 100可以沿特定路徑行進，以使相對於地面站200的方向隨時間改變。此外，由於飛行技巧，UAV 100的取向的偏移可以改變天線131的指向方向。為了進行補償，UAV 100上的天線131可以形成波束並使波束轉向以與地面站200通訊。類似地，地面站200上的天線可以被配置為形成波束並使波束轉向以與UAV 100通訊，從而建立雙向通訊鏈路302。
UAV 100可以被配置為獲得並追蹤地面站200相對於UAV 100的位置。例如，UAV 100可以在資料庫中儲存地面站200的位置，或者UAV 100可以請求地面站200向UAV 100發射其位置。地面站200的位置可以被表達為三維座標，例如被表達為緯度、經度和海撥。
UAV 100隨後可以使用GPS或其他地理位置系統決定其自己的位置。UAV 100的位置可以是一組三維座標和取向，例如緯度、經度、海拔和取向（亦即，俯仰、左右搖擺和橫擺量測）。UAV 100隨後可以決定天線131的取向，以使其指向地面站200的位置。例如，UAV 100可以計算UAV 100的位置和地面站200的位置之間的向量。隨後可以將天線131定向為與所計算的向量對準。
天線131可以使用機械或電子系統相對於UAV 100的其他部分改變其取向。例如，天線131可以使用機械萬向支架附接到UAV 100，機械萬向支架允許獨立於UAV 100的其餘部分將天線131定向到任何方向。在另一個實例中，天線131可以包括相控陣，其可以用於使天線131的波束轉向以指向各種方向。在一些實施例中，可以對UAV 100而不是天線131進行定向，或者UAV 100和天線131皆可以改變取向，以使得天線131指向地面站200。
在一些實施例中，地面站200可以被配置為將其波束動態地轉向到UAV 100。地面站200可以從UAV 100接收其位置，位置可以包括緯度、經度、海拔和取向（例如，俯仰、左右搖擺、橫擺）或另一組三維座標和取向。地面站200可以計算UAV 100的位置和地面站200的位置之間的向量。在一些實施例中，UAV 100或地面站200可以計算該向量並與另一裝置共享結果。地面站200隨後可以經由機械轉向機構或電子轉向（例如，相控陣）技術將其天線轉向到指向UAV 100。經由這種方式，由UAV 100和地面站200二者接收和發射的雙向通訊鏈路302可以基本與UAV 100和地面站200之間的直線或視線向量對準。
在稍晚的時間點，UAV 100可能已經移動到不同位置，如圖300b中所示。例如，UAV 100及/或地面站200可以重新計算UAV 100的新位置和地面站200的位置之間的向量。UAV 100可以對天線131進行重新定向，以繼續指向地面站200，並且地面站200可以將其波束轉向到UAV 100的新位置，以維持雙向通訊鏈路302。UAV 100和地面站200可以週期性地重新決定其相對位置並對準其天線。例如，UAV 100和地面站200可以每幾秒鐘調節其天線以維持動態波束轉向。該動態波束轉向可以增大UAV 100和地面站200之間的雙向通訊鏈路302的信號強度，並且使來自其他發射源的干擾最小化。
UAV 100亦可以週期性地掃瞄來自相鄰地面站的信號並進行信號量測。UAV 100可以從可偵測到的其他地面站接收信號（例如，廣播引導頻信號、前序信號等），並向網路（例如，地面站200的行動電話網路）報告基於這些接收信號的信號量測。這些報告可以用於控制切換、鄰區列表管理和其他行動性特徵。在信號量測期間，UAV 100可以酌情改變其波束方向，以偵測來自相鄰地面站的信號，進行此類信號量測。例如，UAV 100可以轉換到非定向波束，以接收信號量測，在天線131包括用於波束轉向的相控陣時，可以快速完成信號量測。若UAV 100或網路決定應當執行切換（例如，若UAV 100從地面站200遠離並接近相鄰地面站），則UAV 100可以將天線131的波束方向轉換到新地面站。
圖4包括圖示根據各種實施例的UAV和兩個地面站之間的切換的示意圖400。參考圖1-4，示意圖400包括服務地面站402a（亦即，UAV 100當前與之通訊的地面站）和相鄰地面站402b。地面站402a、402b之每一者可以類似於地面站200。地面站402a、402b可以由同一網路操作。UAV 100可以經由服務地面站402a主動與網路通訊，發送和接收資訊。
UAV 100可以離開服務地面站402a並向相鄰地面站402b行進。在UAV 100離開服務地面站402a行進時，雙向通訊鏈路404的信號強度可能減小。同時，在UAV 100朝向相鄰地面站402b行進時，UAV 100可能能夠從相鄰地面站402b採集到更強信號。於是，在UAV 100接近相鄰地面站402b時，UAV 100及/或網路可以將與UAV 100的通訊鏈路從服務地面站402a切換到相鄰地面站402b，相鄰地面站402b隨後將變成服務地面站。
UAV 100和地面站402a、402b可以在切換程序期間實現動態波束轉向。例如，如參考示圖300a、300b描述的，可以將UAV 100上的天線131動態地轉向到朝向服務地面站402a。為了執行切換，UAV 100可以進行包括相鄰地面站402b的任何相鄰地面站的信號量測。網路和UAV 100可以決定一或多個時間段，在此期間，UAV 100可以將天線131轉向到朝向相鄰地面站402b，以便進行信號量測。
在決定的時間，UAV 100可以將天線131轉向到朝向相鄰地面站402b，並在決定的時間段期間進行信號量測。為了這樣做，UAV 100可以首先獲得相鄰地面站402b的位置。例如，UAV 100可以從儲存網路地面站位置的資料庫找回相鄰地面站402b的位置。作為另一實例，UAV 100可以請求相鄰地面站402b向UAV 100發射其位置。相鄰地面站402b的位置可以被表達為三維座標，例如被表達為緯度、經度和海拔。UAV 100可以使用來自運載工具航空電子系統及/或GPS或其他地理位置系統的資訊來決定其自己的位置。UAV 100的位置可以是一組三維座標和取向，例如緯度、經度、海拔和取向（例如，俯仰、左右搖擺和橫擺角）。
使用相鄰地面站402b的所決定位置和UAV 100的位置和取向，UAV的處理器可以決定使天線指向相鄰地面站402b的天線131的取向。例如，UAV 100可以計算UAV 100的位置和相鄰地面站402b的位置之間的向量。隨後可以將天線131定向為與所計算的向量對準並與相鄰地面站402b建立通訊鏈路406。UAV 100可以在所決定的時間段期間對相鄰地面站402b發射的引導頻信號或參考信號進行信號量測。一旦用於進行信號量測的時間已經過去，UAV 100就可以將天線定向回到服務地面站402a並恢復雙向通訊鏈路404。
在一些實施例中，地面站402b可以被配置為在所決定的用於由UAV進行信號量測的時間段期間將波束轉向到朝向UAV 100。網路經由服務地面站402a可以知道在所決定的時間處UAV 100的位置。相鄰地面站402b可以在所決定的時間例如經由相位陣天線的電子轉向將其天線之一定向為朝向UAV 100。相鄰地面站402b和UAV 100可以建立通訊鏈路406並向UAV 100發射引導頻信號或參考信號。由相鄰地面站402b進行的動態波束轉向可以允許UAV 100提高量測到的信號品質的精確度，尤其對於由UAV 100及/或相鄰地面站402b進行的定向天線轉向所支援的通訊鏈路而言。
在進行信號量測之後，UAV 100可以經由服務地面站402a或相鄰地面站402b向網路報告結果。UAV 100和網路可以決定用於報告信號量測的一或多個時間段。在所決定的用於由UAV 100報告信號量測的時間段期間，UAV 100可以經由雙向通訊鏈路404向服務地面站402a發射信號量測，或者將天線131動態地定向為朝向服務地面站402a並如前述經由通訊鏈路406發射信號量測。在所決定的用於由UAV 100進行信號量測的時間段已經過去之後，UAV 100可以將天線131定向回到服務地面站402a。
在進行信號量測並報告結果之後，UAV 100及/或網路可以判斷是否應當執行切換。例如，若從相鄰地面站402b接收的信號強度比從服務地面站402a接收的信號強度更強，則從服務地面站402a到相鄰地面站402b的切換可能是有益的。在執行切換時，UAV 100可以將其天線131定向到相鄰地面站402b，並建立完整的雙向通訊鏈路（406）。地面站402b變成服務地面站，並且先前的服務地面站402a變成相鄰地面站。
圖5圖示根據各種實施例的用於在UAV上進行動態天線轉向的方法500。參考圖1-5，可以由UAV（例如，UAV 100）的處理器（例如，處理器120）執行方法500的操作。
在方塊502中，處理器可以基於UAV的當前位置將UAV的天線定向為朝向服務地面站。服務地面站可以是UAV連接到的基地台，以便與無線通訊網路（例如，行動電話網路）接收和發射資訊。UAV可以包括一或多個天線（例如，天線131），其可以經由機械轉向機構（例如，萬向支架）或電子轉向（例如，相控陣）技術進行調節以指向不同方向。例如，在方塊502中，UAV可以決定服務地面站的位置及其自己的位置，並決定天線的取向，以使天線指向服務地面站。UAV和網路可以經由服務地面站建立雙向通訊鏈路。參考方法600（圖6）更詳細地描述用於朝向地面站動態地定向UAV上的天線的方法。
在方塊504中，處理器可以決定用於對一或多個相鄰地面站（亦即，與服務地面站相鄰的地面站）進行信號量測的第一時間段。UAV可以相對於屬於同一網路的若干地面站（包括服務地面站）移動。UAV和網路可以安排時間對相鄰地面站執行週期性信號量測，以判斷是否應當將服務從服務地面站切換到相鄰地面站（例如，若UAV正在離開服務地面站並向相鄰地面站行進）。UAV和網路可以經由服務地面站通訊以決定第一時間段。
在方塊506中，處理器可以決定用於向網路報告信號量測的第二時間段。UAV和網路可以安排時間以經由服務地面站或相鄰地面站從UAV向網路發射相鄰地面站的信號量測的結果。UAV和網路可以經由服務地面站通訊以決定第二時間段。
在判斷方塊508中，處理器可以經由例如比較在內部時鐘中保持的當前時間與在方塊504中決定的用於進行信號量測的第一時間段，來判斷是否是時間進行相鄰地面站的信號量測。在該時間之前（亦即，只要判斷方塊508=「否」），UAV可以繼續經由服務地面站通訊。
回應於決定是時間進行相鄰地面站的信號量測（亦即，判斷方塊508=「是」），在方塊510中處理器可以將UAV的天線定向為朝向相鄰地面站。參考方法600更詳細地描述用於朝向地面站動態地定向UAV上的天線的方法。
在方塊512中，處理器可以在第一時間段期間進行相鄰地面站的信號量測。相鄰地面站可以向UAV發射引導頻信號或參考信號。UAV上的天線可以接收信號，並且處理器可以量測信號強度和所接收信號的其他屬性。在用於進行信號量測的第一時間段期滿時，處理器可以將天線定向回到服務地面站，並在方塊513中繼續經由服務地面站與網路通訊。
在判斷方塊514中，處理器可以例如經由比較在內部時鐘中維持的當前時間和在方塊506中決定的用於報告信號量測的第二時間段來判斷是否到了用於向網路報告信號量測的第二時間。在該時間之前（亦即，只要判斷方塊514=「否」），UAV可以繼續經由服務地面站通訊，同時監測時間。
回應於決定是用於向網路報告信號量測的時間段（亦即，判斷方塊514=「是」），若要向相鄰地面站而非服務地面站發射量測報告，在方塊516中處理器可以任選地將UAV的天線定向為朝向相鄰地面站。若要向服務地面站發射量測報告，則可以不需要對天線進行定向。
在方塊518中，處理器可以在第二時間段期間向網路報告信號量測。例如，處理器可以經由所建立的雙向通訊鏈路向服務地面站發射信號量測，或者在向相鄰地面站發射信號量測之前，在任選的方塊516中將天線動態地定向到相鄰地面站。這些報告可以由UAV及/或網路用於控制切換、鄰區列表管理和其他移動特徵。
在判斷方塊520中，處理器可以判斷UAV是否應當執行向相鄰地面站的切換。例如，UAV可以從網路接收信號，該信號引導向相鄰地面站的切換。在一些實施例中，例如在相鄰地面站的接收信號比來自服務地面站的信號更強或經由服務地面站的網路連接已經丟失時，處理器可以決定應當發生向相鄰地面站的切換。
回應於決定UAV不應執行向相鄰地面站的切換（亦即，判斷方塊520=「否」），處理器可以繼續與服務地面站通訊並再次決定方塊504中的用於進行一或多個相鄰地面站的信號量測的第一時間段，以及方塊506中的用於向網路報告信號量測的第二時間段。換言之，在沒有切換時，UAV繼續將天線動態地定向為朝向服務地面站，直到下一次要進行相鄰地面站信號量測。
回應於決定UAV應該執行向相鄰地面站的切換（亦即，判斷方塊520=「是」），在方塊522中處理器可以執行從服務地面站向相鄰地面站的切換。例如，處理器可以從服務地面站脫離，將天線定向為朝向相鄰地面站，以建立方塊502中的雙向通訊鏈路，由此，先前相鄰地面站變為服務地面站。可以以週期性方式執行方法500，以使UAV能夠朝向兩個或更多地面站對UAV上的天線進行動態定向，以用於通訊、信號量測以及在地面站之間執行切換。
圖6圖示根據各種實施例的用於對UAV上的天線進行定向的方法600。參考圖1-6，可以由UAV（例如，UAV 100）的處理器（例如，處理器120）執行方法600的操作。
在方塊602中，處理器可以獲得地面站的位置。UAV可以與地面站通訊，以接收導航輔助和其他資訊。UAV可以使用天線（例如，天線131）與地面站通訊，該天線與地面站之間發射和接收RF通訊波束。地面站例如可以是行動電話網路基地台（例如，eNodeB）、UAV控制器或伺服器。地面站可以是服務地面站（亦即，當前向UAV提供通訊服務的地面站）或屬於該網路的相鄰地面站。UAV可以請求地面站向UAV發射其位置，或者UAV可以在記憶體（例如，記憶體單元121）中儲存地面站的位置。
在方塊604中，處理器可以計算UAV的位置和地面站的位置之間的向量。例如，處理器可以決定UAV的當前位置，其可以包括一組三維座標和取向，例如緯度、經度、海拔和取向（例如，俯仰、左右搖擺和橫擺）。處理器隨後可以計算該向量，其可以代表UAV和地面站之間的直線視線向量。
在方塊606中，處理器可以基於該向量決定指向地面站的位置的UAV天線的取向。例如，處理器可以決定與向量對準的天線的取向，以使天線指向地面站。
在方塊608中，處理器可以將天線調節到所決定的取向。可以經由機械或電子方法調節天線的取向，或者UAV可以改變其姿態和取向，以便將固定天線指向所決定取向。在一些實施例中，天線可以附接到萬向支架，其允許天線獨立於UAV的其餘部分指向各個方向，並且方塊608中的操作可以涉及驅使萬向支架以將天線實體地指向所決定的取向。在一些實施例中，天線可以是固定的並且包括相控陣，處理器使用相控陣以電子方式將天線的波束轉向到所決定的方向上。在一些實施例中，天線可以固定在UAV上，並且處理器可以經由調節UAV的取向使天線指向所決定的方向。例如，處理器可以引導飛行控制單元旋轉UAV，以使得經由例如使多轉子UAV以特定取向飛行來使天線指向所決定的方向。處理器可以週期性地重新決定地面站的位置，以便重新對準天線或將UAV重新定向，以便在UAV相對於地面站移動時，使天線保持指向地面站（亦即，重複方塊602-608中的操作）。經由這種方式，方法600提供了一種動態地調節UAV天線的取向以增大與地面站的通訊鏈路的強度的方式。
圖7圖示根據各種實施例的用於由地面站進行波束轉向以將發射波束定向到朝向UAV的方法700。參考圖1-7，可以由地面站（例如，地面站200）的處理器（例如，處理器202）執行方法700的操作。地面站例如可以是行動電話網路基地台（例如，eNodeB）、UAV控制器或伺服器。
在方塊702中，處理器可以決定第一複數個時間段以將波束轉向到一或多個UAV。地面站可以為一或多個UAV充當服務地面站，並且為一或多個其他UAV充當相鄰地面站。在充當服務地面站時，地面站可以建立通訊鏈路，並向UAV提供導航輔助和其他資訊。在充當相鄰地面站時，地面站可以向UAV發射引導頻或參考信號，以使UAV可以進行信號量測以用於切換目的。地面站可以使用一或多個天線（例如，天線208）與UAV通訊，一或多個天線與UAV發射和接收RF通訊。地面站和每個UAV可以決定地面站向UAV發射資訊或引導頻信號的週期性時間段。
在方塊704中，處理器可以決定從一或多個UAV接收信號量測的第二複數個時間段。地面站可以從一或多個UAV接收信號量測，其由UAV及/或網路用於決定地面站之間的切換決定。地面站和每個UAV可以決定UAV向地面站發射信號量測的週期性時間段。
在方塊706中，處理器可以獲得一或多個UAV的位置。每個UAV可以例如以一組三維座標的形式（例如緯度、經度和海拔）向地面站週期性發射其位置，並且可以包括其他資訊，例如UAV的取向（例如，俯仰、左右搖擺和橫擺）、UAV的飛行方向以及UAV的速度。
在方塊708中，處理器可以決定每個UAV的位置和地面站的位置之間的向量。該向量可以代表從地面站到UAV的直線視線方向。此類向量可以基於地面站的已知地理座標和所獲得的UAV的位置而被決定。
在方塊710中，處理器可以基於地面站和每個UAV之間的向量決定朝向每個UAV轉向波束的方向。例如，所決定的波束的轉向方向可以與在方塊708中決定的向量對準。在一些實施例中，方塊708和710中的操作可以組合成一或多個地面站天線的轉向方向的單次決定。
在方塊712中，處理器可以在第一複數個時間段期間基於在方塊710中決定的方向使一或多個天線轉向以朝向每個UAV引導RF波束。在一些實施例中，一或多個地面站天線可以包括相控陣，在該情況下，處理器可以獨立地朝向每個UAV以電子方式使天線波束轉向。在一些實施例中，一或多個地面站天線可以被實體轉向，在該情況下，處理器可以控制轉向機構，以便使一或多個天線指向每個UAV。對於地面站充當服務地面站的UAV而言，波束可以包括導航輔助資訊以及UAV可以在行進時利用的其他資訊。對於地面站充當相鄰地面站的UAV而言，波束可以包括UAV可以用於進行信號量測的引導頻或參考信號。
在方塊714中，處理器可以在第二複數個時間段期間從一或多個UAV接收信號量測。可以向網路報告該資訊。UAV及/或網路可以利用信號量測資訊來判斷是否應當為任何UAV執行任何切換。
處理器可以週期性地重複方塊702-714中的操作，以重新對準一或多個天線，從而在UAV相對於地面站移動時使一或多個天線保持指向每個UAV並且從每個UAV發射和接收資訊。於是，方法700為地面站提供了實現對一或多個UAV的動態波束轉向的方式。
亦可以在各個地面站中的任一個上，例如在圖8中所示的地面站800上實現各種實施例。參考圖1-8，地面站800典型地包括耦合到揮發性記憶體802的處理器801以及大容量非揮發性記憶體，例如磁碟機804。地面站800亦可以包括耦合到處理器801的軟碟機、壓縮光碟（CD）或數字多用盤（DVD）驅動器806。地面站800亦可以包括耦合到處理器801的網路存取埠803，以用於與網路807建立網路介面連接，網路807例如是耦合到其他廣播系統電腦和伺服器的區域網路、網際網路、公用交換電話網路及/或蜂巢資料網路。行動電話網路的實例包括第三代（3G）、第四代（4G）、長期進化（LTE）、分時多工存取（TDMA）、分碼多工存取（CDMA）、CDMA 2000、寬頻CDMA（WCDMA）、行動通訊全球系統（GSM）、單載波無線電發射技術（1xRTT）和通用行動電信系統（UMTS）。
可以在各種UAV中實現各種實施例，圖9中圖示四轉子UAV形式的實例，其適用於各種實施例。參考圖1-9，UAV 100可以包括主體900（亦即，飛機機身、框架等），其可以由塑膠、金屬或適於飛行的其他材料的任意組合製成。主體900可以包括處理器930，其被配置為監測和控制UAV 100的各種功能、子系統及/或其他組件。例如，處理器930可以被配置為監測和控制UAV 100的各種功能，例如與推進、導航、功率管理、感測器管理及/或穩定性管理相關的模組、軟體、指令、電路、硬體等的任意組合。
處理器930可以包括一或多個處理單元901，例如被配置為執行處理器可執行指令（例如，應用、常式、腳本、指令集等）的一或多個處理器、被配置為儲存資料（例如，飛行計畫、獲得的感測器資料、接收的訊息、應用等）的記憶體及/或儲存單元902、以及用於發射和接收無線信號的無線收發器904和天線906（例如，Wi-Fi®無線電設備和天線、藍芽®、RF等）。在一些實施例中，UAV 100亦可以包括用於經由各種廣域網通訊的組件，例如蜂巢網路收發器或晶片和相關聯的天線（未圖示）。在一些實施例中，UAV 100的處理器930亦可以包括各種輸入單元908，用於從人類操作員接收資料及/或用於收集指示與UAV 100有關的各種條件的資料。例如，輸入單元908可以包括一或多個相機、一或多個麥克風、位置資訊功能（例如，全球定位系統（GPS）接收器，用於接收GPS座標）、飛行儀錶（例如，一或多個姿態指示器、一或多個陀螺儀、一或多個加速度計、一或多個高度計、一或多個羅盤等）、一或多個小鍵盤等。處理器930的各種組件可以經由匯流排910或其他類似電路連接。
主體900可以包括具有各種設計和目的的起落裝置920，例如腿、滑板、輪、浮筒等。主體900亦可以包括有效載荷機構921，其被配置為保持、鉤住、抓住、包封以及經由其他方式承載各種有效載荷，例如箱子。在一些實施例中，有效載荷機構921可以包括及/或耦合到致動器、軌道、鐵軌、壓艙物、電動機和用於調節UAV 100所承載的有效載荷的位置及/或取向的其他組件。例如，有效載荷機構921可以包括可移動地附接到鐵軌的箱子，從而可以沿鐵軌來回移動箱子內的有效載荷。有效載荷機構921可以耦合到處理器930，並且因此可以被配置為接收配置或調節指令。例如，有效載荷機構921可以被配置為接合電動機以基於從處理器930接收的指令來重新定位有效載荷。
UAV 100可以具有直升飛機設計，其利用由對應電動機922驅動的一或多個轉子924來提供升空（或起飛）以及其他空中移動（例如，向前前進、上升、下降、橫向移動、傾斜、旋轉等）。UAV 100可以利用各種電動機922和對應的轉子924，以用於升空和提供空中推進。例如，UAV 100可以是裝備有四個電動機922和對應轉子924的「四軸飛行器」。電動機922可以耦合到處理器930，並且因此可以被配置為從處理器930接收操作指令或信號。例如，電動機922可以被配置為基於從處理器930接收的指令提高其對應轉子924的旋轉速度等。在一些實施例中，電動機922可以由處理器930獨立控制，以使得一些轉子924可以使用不同功率量以不同速度接合，及/或提供不同的輸出水平以用於使UAV 100移動。例如，主體900一側的電動機922可以被配置為使其對應轉子924以比主體900的相對側上的轉子924更高的每分鐘轉數（RPM）自轉，以便使負擔著偏離中心的有效載荷的UAV 100保持平衡。
主體900可以包括電源912，其可以耦合到UAV 100的各種其他組件並被配置為給該組件供電。例如，電源912可以是可充電電池，以用於提供電力以操作電動機922、有效載荷機構921及/或處理器930的單元。
本文描述的各種處理器可以是任何可程式設計微處理器、微型電腦或多處理器晶片，其可以由軟體指令（應用）配置以執行多種功能，包括本文所述的各種實施例的功能。在各種裝置中，可以提供多個處理器，例如一個處理器專用於無線通訊功能，並且一個處理器專用於執行其他應用。典型地，軟體應用在被存取並載入到處理器中之前可以儲存在內部記憶體中。處理器可以包括足以儲存應用軟體指令的內部記憶體。在很多裝置中，內部記憶體可以是揮發性或非揮發性記憶體，例如快閃記憶體或兩者的混合。為了本說明書的目的，對記憶體的一般引用是指可以由處理器存取的記憶體，包括插入各種裝置中的內部記憶體或可移除記憶體以及處理器內的記憶體。
提供例示和描述的各種實施例僅僅作為實例，以例示請求項的各種特徵。然而，相對於任何給定實施例所示出和描述的特徵未必限於相關聯的實施例，並且可以用於所示出和描述的其他實施例或與其組合。此外，請求項並非要受到任何示例性實施例的限制。
提供前述方法描述和製程流程圖僅僅作為例示性實例，而並非意在要求或暗示必須要按照提供的次序執行各實施例的步驟。如本發明所屬領域中具有通常知識者將認識到的，可以按照任何次序執行前述實施例中的步驟的次序。諸如「此後」、「隨後」、「接下來」等詞彙並非意在限制步驟的次序；這些詞彙僅用於引導讀者閱讀方法的描述。此外，以單數形式（例如使用冠詞「一」或「該」）對請求項要素的任何引用不應被解釋為將該元件限制為單數。
結合本文揭示的實施例描述的各種例示性邏輯區塊、模組、電路和演算法步驟可以實現為電子硬體、電腦軟體或兩者的組合。為了清晰地例示硬體和軟體的這種可互換性，已經按照其功能整體上描述了各種例示性組件、方塊、模組、電路和步驟。此類功能被實現為硬體還是軟體取決於特定應用以及施加於整個系統的設計約束。本發明所屬領域中具有通常知識者可以針對每種特定應用經由不同方式來實現該功能，但此類實施決策不應被解釋為導致偏離本請求項的範疇。
用於實現結合本文揭示的各態樣描述的各種例示性邏輯、邏輯區塊、模組和電路的硬體可以利用通用處理器、數位訊號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）或其他可程式設計邏輯裝置、個別閘門或電晶體邏輯、個別的硬體組件或被設計為執行本文所述功能的其任意組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但在替代方案中，處理器可以是任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可以被實現為接收器智慧物件的組合，例如，DSP和微處理器的組合、複數個微處理器、一或多個微處理器結合DSP核心、或任何其他此類配置。替代地，可以由給定功能特有的電路執行一些步驟或方法。
在一或多個示例性態樣中，該等功能可以被實現成硬體、軟體、韌體或其任意組合。若被實現成軟體，功能可以作為一或多個指令或代碼被儲存在非暫態電腦可讀取儲存媒體或非暫態處理器可讀儲存媒體上。本文揭示的方法或演算法的步驟可以體現在處理器可執行軟體中，其可以存在於非暫態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體中。非暫態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體可以是可以由電腦或處理器存取的任何儲存媒體。例如但並非限制，此類非暫態電腦可讀或處理器可讀儲存媒體可以包括隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、電子可抹除可程式設計ROM（EEPROM）、快閃記憶體、壓縮光碟ROM（CD-ROM）或其他光碟記憶體、磁碟記憶體或其他磁儲存智慧物件、或可以用於以指令或資料結構的形式儲存期望的程式碼並且可以由電腦存取的任何其他媒體。如本文所使用的，磁碟和光碟包括CD、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟（DVD）、軟碟和藍光光碟，其中磁碟通常經由磁性方式再複製資料，而光碟利用鐳射經由光學方式複製資料。本文描述的記憶體的組合亦包括在非暫態電腦可讀和處理器可讀取媒體的範疇內。此外，方法或演算法的操作可以作為代碼及/或指令之一或任意組合或集合而存在於非暫態處理器可讀儲存媒體及/或電腦可讀取儲存媒體上，該儲存媒體可以被併入電腦程式產品中。
提供所揭示的實施例的前述描述以使得本發明所屬領域中任何具有通常知識者能夠做出或使用請求項。對這些實施例的各種修改對於本發明所屬領域中具有通常知識者將是顯而易見的，並且本文所定義的通用原理可以應用於一些實施例而不脫離請求項的精神或範疇。於是，請求項並非意在限制於本文所示的實施例，但是要符合與請求項的語言以及本文揭示的原理和新穎特徵一致的最寬範疇。
100‧‧‧無人飛行器（UAV）
101‧‧‧轉子
105‧‧‧框架
107‧‧‧有效載荷固定單元
110‧‧‧控制單元
120‧‧‧處理器
121‧‧‧記憶體單元
123‧‧‧電動機系統
125‧‧‧導航單元
126‧‧‧航空電子組件
127‧‧‧相機
129‧‧‧成像系統
130‧‧‧通訊資源
131‧‧‧天線
132‧‧‧無線通訊鏈路
140‧‧‧感測器
150‧‧‧電源單元
155‧‧‧著陸單元
170‧‧‧地面站
171‧‧‧天線
200‧‧‧地面站
202‧‧‧處理器
204‧‧‧記憶體
206‧‧‧網路介面
208‧‧‧天線
210‧‧‧電源介面
212‧‧‧匯流排
300a‧‧‧示意圖
300b‧‧‧示意圖
302‧‧‧雙向通訊鏈路
400‧‧‧示意圖
402a‧‧‧服務地面站
402b‧‧‧服務地面站
404‧‧‧雙向通訊鏈路
406‧‧‧通訊鏈路
500‧‧‧方法
502‧‧‧方塊
504‧‧‧方塊
506‧‧‧方塊
508‧‧‧方塊
510‧‧‧方塊
512‧‧‧方塊
513‧‧‧方塊
514‧‧‧方塊
516‧‧‧方塊
518‧‧‧方塊
520‧‧‧方塊
522‧‧‧方塊
600‧‧‧方法
602‧‧‧方塊
604‧‧‧方塊
606‧‧‧方塊
608‧‧‧方塊
700‧‧‧方法
702‧‧‧方塊
704‧‧‧方塊
706‧‧‧方塊
708‧‧‧方塊
710‧‧‧方塊
712‧‧‧方塊
714‧‧‧方塊
800‧‧‧地面站
801‧‧‧處理器
802‧‧‧揮發性記憶體
803‧‧‧網路存取埠
804‧‧‧磁碟機
806‧‧‧數字多用盤（DVD）驅動器
807‧‧‧網路
900‧‧‧主體
901‧‧‧處理單元
902‧‧‧記憶體及/或儲存單元
904‧‧‧無線收發器
906‧‧‧天線
908‧‧‧輸入單元
910‧‧‧匯流排
912‧‧‧電源
920‧‧‧起落裝置
921‧‧‧有效載荷機構
922‧‧‧電動機
924‧‧‧轉子
930‧‧‧處理器
被併入本文中並構成本說明書的一部分的附圖例示了請求項的示範性實施例，並與本文提供的發明內容和具體實施方式一起用於解釋請求項的特徵。
圖1是圖示適用於各種實施例中的典型無人飛行器系統的組件的方塊圖。
圖2是圖示適用於各種實施例中的地面站的組件的方塊圖。
圖3A-3B是圖示根據各種實施例的在UAV和地面站之間的動態波束轉向的方塊圖。
圖4是圖示根據各種實施例的在兩個地面站之間的UAV的切換的方塊圖。
圖5是圖示根據各種實施例的用於對UAV進行動態天線轉向的方法的程序流程圖。
圖6是圖示根據各種實施例的用於對UAV上的天線進行定向的方法的程序流程圖。
圖7是圖示根據各種實施例的用於在地面站進行動態波束轉向的方法的程序流程圖。
圖8是圖示適用於各種實施例中的地面站的組件方塊圖。
圖9是圖示適用於各實施例中的UAV的組件方塊圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500‧‧‧方法
502‧‧‧方塊
504‧‧‧方塊
506‧‧‧方塊
508‧‧‧方塊
510‧‧‧方塊
512‧‧‧方塊
513‧‧‧方塊
514‧‧‧方塊
516‧‧‧方塊
518‧‧‧方塊
520‧‧‧方塊
522‧‧‧方塊

Claims (29)

  1. 一種用於在一無人飛行器（UAV）上進行動態天線轉向的方法，包括以下步驟：基於該UAV的一當前位置將該UAV上的一天線定向為朝向一服務地面站；在是時間進行一相鄰地面站的信號量測時，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；在將該天線定向為朝向該相鄰地面站的同時，進行該相鄰地面站的該等信號量測；及將該UAV上的該天線重新定向為朝向該服務地面站。
  2. 根據請求項1之方法，其中基於該UAV的該當前位置將該UAV上的該天線定向為朝向該服務地面站包括以下步驟：獲得該服務地面站的一位置；計算該服務地面站的該位置和該UAV的該當前位置之間的一向量；基於該向量決定指向該服務地面站的該位置的該天線的一取向；及將該天線調節到該所決定的取向。
  3. 根據請求項1之方法，其中對該天線進行定向和重新定向包括對該天線進行機械轉向。
  4. 根據請求項3之方法，其中對該天線進行機械轉向包括利用一萬向支架對該天線進行轉向。
  5. 根據請求項1之方法，其中對該天線進行定向和重新定向包括對該天線進行電子轉向。
  6. 根據請求項5之方法，其中對該天線進行電子轉向包括使用相控陣技術對該天線進行轉向。
  7. 根據請求項1之方法，其中將該天線定向和重新定向到該所決定的取向包括調節該UAV的取向。
  8. 根據請求項1之方法，亦包括以下步驟：判斷是否是時間向一網路報告該等信號量測；及回應於決定是時間向一網路報告該等信號量測，經由該服務地面站向該網路報告該等信號量測。
  9. 根據請求項1之方法，亦包括以下步驟：判斷是否是時間向一網路報告該等信號量測；回應於決定是時間向該網路報告該等信號量測，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；及經由該相鄰地面站向該網路報告該等信號量測。
  10. 根據請求項1之方法，亦包括以下步驟：基於該等信號量測判斷該UAV是否應當執行向該相鄰地面站的一切換；及回應於決定該UAV應當執行向該相鄰地面站的該切換，執行向該相鄰地面站的該切換。
  11. 根據請求項1之方法，其中將該天線定向為朝向該相鄰地面站包括以下步驟：獲得該相鄰地面站的一位置；計算該相鄰地面站的該位置和該UAV的該當前位置之間的一向量；基於該向量決定指向該相鄰地面站的該位置的該天線的一取向；及將該天線調節到該所決定的取向。
  12. 一種用於在一地面站進行動態波束轉向的方法，包括以下步驟：獲得一或多個無人飛行器（UAV）的一位置；計算該一或多個UAV中的每一個的該位置和該地面站的一位置之間的一向量；基於該地面站和該相應的UAV之間的該向量，針對該一或多個UAV中的至少一個決定使一波束轉向的一方向；及將該波束轉向到針對該一或多個UAV中的至少一個所決定的方向。
  13. 根據請求項12之方法，亦包括以下步驟：針對該一或多個UAV中的每一個決定用於將該波束轉向到該一或多個UAV中的一相應的UAV的一時間，其中針對該一或多個UAV中的每一個將該波束轉向到該所決定的方向是在針對相應的該一或多個UAV中的每一個所決定的時間執行的。
  14. 根據請求項12之方法，亦包括以下步驟：針對該一或多個UAV中的每一個決定用於接收信號量測的一第二時間；在用於從該UAV接收信號量測的該第二時間將該波束轉向到該一或多個UAV之一；及從該UAV接收該等信號量測。
  15. 根據請求項12之方法，其中該地面站包括用於將該波束轉向到該一或多個UAV中的每一個的複數個天線。
  16. 一種具有一天線的無人飛行器（UAV），包括：一處理器，其耦合到該天線並且被配置有處理器可執行指令，以：基於該UAV的一當前位置將該天線定向為朝向一服務地面站；在是時間進行一相鄰地面站的信號量測時，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；在將該天線定向為朝向該相鄰地面站的同時，進行該相鄰地面站的該等信號量測；及將該UAV上的該天線重新定向為朝向該服務地面站。
  17. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以經由如下方式基於該UAV的該當前位置將該UAV上的該天線定向為朝向該服務地面站：獲得該服務地面站的一位置；計算該服務地面站的該位置和該UAV的該當前位置之間的一向量；基於該向量決定指向該服務地面站的該位置的該天線的一取向；及將該天線調節到該所決定的取向。
  18. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以經由對該天線進行機械轉向來將該天線定向和重新定向到該所決定的取向。
  19. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以經由對該天線進行電子轉向來將該天線定向和重新定向到該所決定的取向。
  20. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以經由調節該UAV的一取向來將該天線定向和重新定向到該所決定的取向。
  21. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以：判斷是否是時間向一網路報告該等信號量測；及回應於決定是時間向一網路報告該等信號量測，經由該服務地面站向該網路報告該等信號量測。
  22. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以：判斷是否是時間向一網路報告該等信號量測；回應於決定是時間向該網路報告該等信號量測，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；及經由該相鄰地面站向該網路報告該等信號量測。
  23. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以：基於該等信號量測判斷該UAV是否應當執行向該相鄰地面站的一切換；及回應於決定該UAV應當執行向該相鄰地面站的該切換，執行向該相鄰地面站的該切換。
  24. 根據請求項16之UAV，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以經由如下方式將該天線定向為朝向該相鄰地面站：獲得該相鄰地面站的一位置；計算該相鄰地面站的該位置和該UAV的該當前位置之間的一向量，其中該UAV的該當前位置包括一三維座標和取向；基於該向量決定指向該相鄰地面站的該位置的該天線的一取向；及將該天線調節到該所決定的取向。
  25. 一種地面站，包括：複數個天線；及一處理器，其耦合到該複數個天線並且被配置有處理器可執行指令，以：獲得一或多個無人飛行器（UAV）的一位置，其中該一或多個UAV中的每一個的該位置包括一三維座標；計算該一或多個UAV中的每一個的該位置和該地面站的一位置之間的一向量；基於該地面站和該相應的UAV之間的該向量，針對該一或多個UAV中的每一個決定使一波束轉向的一方向；及針對該一或多個UAV中的每一個將該波束轉向到該所決定的方向。
  26. 根據請求項25之地面站，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以：針對該一或多個UAV中的每一個決定用於將該波束轉向到該一或多個UAV中的一相應的UAV的一時間，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以在針對相應的該一或多個UAV中的每一個所決定的該時間針對該一或多個UAV中的每一個將該波束轉向到該所決定的方向。
  27. 根據請求項25之地面站，其中該處理器亦被配置有處理器可執行指令，以：針對該一或多個UAV中的每一個決定用於接收信號量測的一第二時間；在用於從該UAV接收信號量測的該第二時間將該波束轉向到該一或多個UAV之一；及從該UAV接收該等信號量測。
  28. 一種非暫態電腦可讀取儲存媒體，其上儲存有處理器可執行軟體指令，該處理器可執行軟體指令被配置為使一無人飛行器（UAV）的一處理器執行操作，該操作包括：基於該UAV的一當前位置將該UAV上的一天線定向為朝向一服務地面站；在是時間進行該相鄰地面站的信號量測時，將該天線定向為朝向該相鄰地面站；在將該天線定向為朝向該相鄰地面站的同時，進行該相鄰地面站的該等信號量測；及將該UAV上的該天線重新定向為朝向該服務地面站。
  29. 一種無人飛行器（UAV），包括：用於基於該UAV的一當前位置將該UAV上的一天線定向為朝向一服務地面站的單元；用於在是時間進行一相鄰地面站的信號量測時將該天線定向為朝向該相鄰地面站的單元；用於在將該天線定向為朝向該相鄰地面站的同時進行該相鄰地面站的該等信號量測的單元；及用於將該UAV上的該天線重新定向為朝向該服務地面站的單元。
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